基于环形微腔的多频段三角晶格光子晶体耦合腔波导光学传输特性

本文理论研究了近红外波段硅基三角晶格光子晶体环形微腔的光场局域特性,通过将微腔在空间周期性排列组成耦合腔光波导,研究了多个导带区域内光束传输时的群速度,最大和最小值分别为0.0028c和0.00028c.将环形微腔在垂直于光传输方向上进行交错排列,通过改变相邻微腔之间的耦合区域,可以大幅降低多频段范围内光束在耦合腔波导中传输时群速度之间的差异,并提高部分频段的透过率数值.在不改变介质柱半径条件下,通过去掉三角晶格光子晶体中距中心介质柱距离分别为2a和√3a的六个介质柱构成了两种微腔,研究了两种微腔所支持的谐振波长之间的差异,在此基础上构造了两种耦合腔波导,进而将这两种耦合腔光波导与W1型输入/输出波导相连,最终实现了在多个不同频率范围内降低群速度的同时实现频段选择和频段分束功能,其导模群速度可降低到0.00047c.     

微腔旋转对耦合腔光波导群速度的影响

本文利用多重散射方法和时域有限差分方法,理论研究了微腔旋转对二维正方晶格光子晶体耦合腔光波导群速度的影响.研究结果表明,通过旋转微腔可以造成传播模的模式分裂,从而实现群速度的降低.当微腔旋转角度为45°时,传播模的群速度最小,两个传播模的群速度分别达到了0.0016倍和0.0009倍于真空光速,与微腔未旋转时相比降低了一个数量级.上述两种传播模群速度的差别是由传播模的空间对称性决定的. 关键词： 二维光子晶体 耦合腔光波导 群速度     

光子晶体耦合腔光波导慢光结构特性研究

研究了用于光缓存的光子晶体耦合腔光波导的结构对慢光传输特性的影响.详细讨论了微腔间距关于波导禁带、导模带宽、导模传输群速度的具体关系.计算发现,随着微腔之间距离的增加导模显著平坦化,群速度急剧减小.当相邻微腔之间距离为7个晶格常数时,获得了小于2×10~(-4)c的超小群速度.通过长度为13.23 μm的7×7超胞构成的光子晶体耦合腔光波导,产生的最大光延迟超过了400 ps,这比相同长度传统光波导产生光延迟大四个数量级.     

波导基本结构对光子晶体耦合腔光波导慢光特性的影响

研究了二维光子晶体耦合腔波导的结构对慢光特性的影响,发现微腔间的距离n、填充因子r/a和缺陷柱的尺寸rd是影响光子晶体禁带中慢光导模传输特性的重要参数。随着缺陷微腔间距离的增加,导模群速度vg急剧减小;当填充因子和缺陷柱尺寸增加时,导模向低频方向移动,同时,导模群速度降低;填充因子和缺陷柱尺寸降到一定数值后,vg达到最小值,此后,当r和rd分别超出其特定值继续增大,导模群速度反而增大。取微腔之间介质柱个数为6,普通介质柱尺寸为r=0.22a,a为光子晶体晶格常数,缺陷柱尺寸为rd=0.12a,得到导模群速度最大值vgmax1.93×10-3c,带边处vg10-4c(c为光速)。这一结果显示,通过基本结构设计可以实现对光子晶体耦合腔光波导中慢光的有效控制,这将为基于光子晶体功能器件的设计和应用提供有效的支持。     

椭圆柱微腔光子晶体耦合腔波导的慢光特性研究

采用大介质柱和椭圆介质柱环绕微腔结构构成光子晶体耦合腔光波导(PC-CROW),在获得慢光的同时,其缓存特性也获得了提高。当普通介质柱半径为0.25a(a为光子晶体晶格常数),环绕微腔圆形大介质柱半径为0.35a时,得到小于2.37×10-4c(c为真空中的光速)的导模群速度,这比均匀介质柱微腔波导的最大群速度减小了一个数量级,存储容量也有所下降;考虑到缓存性能,为了进一步改善PC-CROW的慢光性能和缓存特性,将环绕微腔大介质柱椭圆化,在椭圆长轴为0.42a,短轴为0.20a时,获得导模群速度小于2.3053×10-4c,存储容量达到9.8214 bit,品质因子Q也达到了最大值3575.1。     

高透射率慢光速的光子晶体耦合腔波导的研究

将二维三角晶格光子晶体波导和微腔结构结合,优化设计了一种二维三角晶格光子晶体共振耦合腔波导,运用时域有限差分法(FDTD)模拟共振耦合腔波导TE偏振光的透射谱,通过透射谱得到传输光的透射率和群速度。结果表明,合适参数的二维三角晶格共振耦合腔波导在波长1.551μm处的群速度为c/130、透射率为20.1%,在波长1.502μm处的群速度为c/50、透射率为29.2%。运用平面波展开法(PWE)计算的该波导的能带结构对慢光特性进行了分析。这种慢光特性的光子晶体波导将在光存储、光延迟及光子集成等方面有潜在的应用价值。     

金属嵌入对三角晶格耦合腔光波导群速度的影响

利用多重散射法和时域有限差分法理论,研究了二维三角晶格光子晶体耦合腔光波导的传输特性.理论模拟结果表明,在耦合腔光波导中嵌入半径很小的理想金属丝,能有效地减弱相邻点缺陷之间的耦合强度,实现了比真空中光速小三个数量级的群速度.     

金属嵌入对三角晶格耦合腔光波导群速度的影响

利用多重散射法和时域有限差分法理论,研究了二维三角晶格光子晶体耦合腔光波导的传输特性.理论模拟结果表明,在耦合腔光波导中嵌入半径很小的理想金属丝,能有效地减弱相邻点缺陷之间的耦合强度,实现了比真空中光速小三个数量级的群速度.     

光子晶体薄板波导中介质中间层的引入对其特性的影响

光子晶体薄板波导中由于第三组分的引入,波导导模的能带结构、固有损耗、群速度和群速度色散特性被明显改变.随着介质中间层的介电常数的增加,各导模向低频转移,而在这些导模的较高群速度频段内,导模遭受的固有损耗减小.由光子晶体薄板波导的导模能带对引入的介质中间层的敏感程度的分析可知,光子晶体薄板波导的介质薄板厚度越厚,波导宽度越宽那么该结构对中间层的引入越不敏感[1].在人们设计实用的光子晶体薄板波导系统时,介质中间层的引入对该系统的光学性能所带来的影响必须被充分考虑.     

一种新型无色散慢光光子晶体薄板波导

利用椭圆形孔替代传统光子晶体薄板波导中邻接波导的最内层两排圆孔构成一种新型低损耗光子晶体薄板光波导.该波导的群速度和群速度色散特性强烈依赖于波导中这两排邻接波导的椭圆孔的特性.借助波导导模展开方法,计算得到波导的能带结构和群指数,并分析了它们与椭圆孔的参数关系.通过优化这些椭圆孔的参数,可以增加光子晶体光波导导模在光锥以下的无固有传输损耗带宽,在2—45 nm 的带宽上实现无色散的常数群速度.这些理论结果将为低损耗低色散慢光波导的设计制造提供理论基础.     

一种新型无色散慢光光子晶体薄板波导

利用椭圆形孔替代传统光子晶体薄板波导中邻接波导的最内层两排圆孔构成一种新型低损耗光子晶体薄板光波导.该波导的群速度和群速度色散特性强烈依赖于波导中这两排邻接波导的椭圆孔的特性.借助波导导模展开方法,计算得到波导的能带结构和群指数,并分析了它们与椭圆孔的参数关系.通过优化这些椭圆孔的参数,可以增加光子晶体光波导导模在光锥以下的无固有传输损耗带宽,在2—45 nm 的带宽上实现无色散的常数群速度.这些理论结果将为低损耗低色散慢光波导的设计制造提供理论基础. 关键词： 光子晶体薄板波导 群速度 群指数 群速度色散     

二维正方光子晶体波导中的慢光传输

采用平面波展开法分析了正方晶格光子晶体线缺陷波导中的慢光传输.数值模拟结果表明,介质柱光子晶体线缺陷波导中,缺陷模的群速度与填充比、缺陷处介质柱半径及与波导相邻介质柱半径有关,其中缺陷处介质柱半径对缺陷模的群速度影响最大;随着填充比和缺陷处介质柱半径的增大及与波导相邻介质柱半径的减小,缺陷模的群速度逐渐减小且最小减至0.015c.进而对比研究空气柱光子晶体线缺陷波导,发现缺陷模的群速度随着缺陷处空气柱半径的减小而减小,最小减至0.008c.     

弱导波导多模干涉耦合器结构参量优化设计

本文分析了以硅基底上二氧化硅波导为代表的弱导波导多模干涉(MMI)耦合器件输入(出)波导位置及宽度和MMI长度等结构参量对器件性能的影响.提出了参量空间法,在给定工艺材料参量和多模波导宽度情况下,通过匹配各结构参量,制出均匀性好、附加损耗低的弱导波导多模干涉耦合器件.     

基于二维光子晶体耦合腔波导的新型慢光结构研究

对二维介质柱光子晶体耦合腔波导慢光结构进行了研究,发现随着缺陷腔之间晶格个数增多,群速度减小很快,选用7×7超胞单元时耦合腔波导结构的导模最大群速度ν_g-max只有光子晶体线缺陷波导的1/251.然后对7×7超胞单元的缺陷腔周围四个介质柱半径进行调整,发现新型结构导模的ν_g-max进一步减小,最小可达到589×10^-4c,约为未调整之前的1/5.最后通过比较发现,当改变缺陷腔上下相邻两个介质柱半径时得到的结构具有更好的慢光特性.     

光控液晶光子晶体微腔全光开关

设计了一种缺陷模迁移光子晶体微腔全光开关. 两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接, 在微腔的点缺陷中填充掺有少量偶氮聚合物的苯乙炔类液晶. 通过调节控制光的偏振态, 使偶氮聚合物发生顺-反异构化反应, 带动液晶分子重新取向, 从而改变光子晶体微腔的谐振波长, 进而实现光的通过与截止. 运用时域有限差分法和平面波展开法分析 了二维光控液晶光子晶体微腔全光开关的光学特性. 数值计算结果表明: 对于1.55 μ通信波段通过外界偏振光控制所填充的向列相液晶 的折射率可以实现对光波的导通与截止. 分析结果显示, 此开关具有阈值低, 消光比较大, 体积小等优点. 关键词： 二维光子晶体微腔 波导 时域有限差分(FDTD) 液晶     

光学微盘腔与三能级量子点系统中的模耦合研究

用一种全量子理论方法研究了波导、光学微盘腔与三能级量子点耦合系统的动力学过程,求出其耦合后的透射模和反射模的解析解. 由于微腔表面粗糙引起反向散射,在微腔内形成两简并回音壁耦合共振模,其耦合率为β;量子点的两激发态分别以耦合率g₁,g₂与回音壁耦合共振模产生耦合. 在实数空间里,得出透射光谱和反射光谱的数值解,这些三能级模型结果比二能级模型结果更接近真实光学微盘腔系统,能更好地显示耦合系统的动力学特性. 关键词： 模耦合 光学微盘腔 三能级量子点 全量子理论     

一种新型高效光子晶体多信道下载滤波器的设计

采用二维正方排列的光子晶体,根据微腔缺陷模和波导模共振耦合原理,设计了一种新型的多信道下载滤波器,该滤波器通过主波导、90°弯波导和共振微腔的组合,提高了各个信道下载波导的下载效率。利用二维时域有限差分法模拟了滤波器的传输特性,并理论分析了影响下载效率的因素,进一步对滤波器进行了优化,使得各信道下载波导的下载效率均在91%以上。模拟结果表明该滤波器能有效地实现光波的分波下载,传输谱信道波长间隔约为20nm,中心波长误差为±2nm,传输谱的最大半宽度为3.2nm,有良好的波长选择性,证实了增大下载波导和共振微腔的耦合区域可以有效地提高滤波器的下载效率。     

一种基于深刻蚀的硅基周期波导微腔

研究了一种基于深刻蚀的硅基周期波导一维光子晶体微腔,采用时域有限差分(FDTD)方法对设计的微腔结构进行了模拟分析;讨论了深刻蚀对微腔品质因数的影响,计算表明采用深刻蚀可有效地保持高Q值并能保证微腔的机械强度。采用电子束光刻(EBL)结合感应耦合等离子体(ICP)刻蚀制作了绝缘硅(SOI)的周期波导微腔,使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对器件形貌进行表征,观察到深刻蚀的衬底二氧化硅高度约为80 nm。通过波导光栅耦合光纤输入宽带光源信号对微腔器件进行光学表征,传输光谱测试表明该深刻蚀微腔器件Q值达5×103,插入损耗小于-2 d B。该深刻蚀的硅基周期波导微腔可用于集成光传感器和片上波分复用滤波器等应用。     

耦合腔光子晶体慢光波导结构

在单线缺陷结构中引入两个附加的相邻介质柱,构成一种新型的光子晶体耦合腔波导结构.通过平面波展开法对波导结构的的慢光特性进行了仿真分析,研究了平移线缺陷上下两侧介质柱,以及改变腔体的长度对器件色散特性和群速度的影响.结果表明:与平移缺陷上下两侧介质柱相比,通过改变腔体的长度,不仅可将光群速度低到0.03c(c为真空下的光速),而且器件的有效波长范围接近20nm.利用时域有限差分法得到波导结构的传输场分布图,研究波长的选取对入射激励光在光子晶体耦合腔波导中传输场的影响,发现结构参量优化后的光子晶体耦合腔波导仍然具有良好的传输特性.     

垂直耦合结构纳米微环谐振器工艺失准分析

垂直耦合结构纳米微环谐振器是光子集成电路的重要组成单元.主要研究了与其实际制作相关的工艺失准问题.针对高折射率差波导材料垂直耦合结构纳米微环谐振器,先用耦合模理论解析方法研究了耦合系数与直波导和微环波导耦合层厚度d以及横向偏移量△之间的关系,为三维时域有限差分法(3D-FDTD)的精确数值计算确定了模拟范围.之后结合解...